CN113878835B - 聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用。该制备方法包括：步骤S1，采用热处理或酸处理的方式对碳纤维进行表面处理，得到表面改性碳纤维；步骤S2，将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维和润滑助剂混合后，熟化，形成熟化料；步骤S3，将熟化料进行压制、挤出，形成坯料；步骤S4，通过双辊压延的方式对坯料进行压延成膜，得到膜材料；步骤S5，对膜材料依次进行脱脂、定型，得到聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜。本发明制备的聚四氟乙烯/碳纤维复合膜非常适合作为离型膜使用，尤其适合用作复合质子交换膜制造过程中的涂布工艺所使用的离型膜。

Description

聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及薄膜材料领域，具体而言，涉及一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用。

背景技术

离型膜，也称之为隔离膜，剥离膜，分离膜等，现已被广泛应用于包装、印刷、包装、印刷、丝印、移印、铭板、薄膜开关、柔性线路、绝缘制品、线路板、激光防伪、贴合、电子、密封材料用膜、反光材料、防水材料、医药（膏药用纸）、卫生用纸、胶粘制品、模切冲型加工等行业领域，已与我们的生活息息相关。目前，最常见的离型膜产品是PET离型膜，对PET基材进行表面处理，包括涂布硅离型剂、氟素离型剂或者进行等离子处理，使其对不同的有机压感胶具有极轻且稳定的离型力。

随着氢能行业的发展，复合质子交换膜的产能逐年扩大。应用于复合质子交换膜制造过程中的涂布工艺所使用的离型膜，需要在承受很大的张力条件下经过高温烘箱（通常为150~200℃），并且需要保证膜面平整，不发生形变。常规的PET离型膜无法满足工艺要求，而且膜表面的离型剂会对涂布的浆料产生污染。

聚四氟乙烯（PTFE）薄膜具备很多优异的性能，例如耐化学腐蚀性、热稳定性。并且由于PTFE分子主链上没有支链，整体内不形成交链，故其分子轮廓光滑，加之PTFE单体具有完美的对称性而使PTFE分子间的吸引力和表面能较低，所以PTFE具有极低的表面摩擦系数,是极佳的离型膜材料，因此具有极低的粘合性，脱模性优异，是极佳的离型膜。论文（Ebnesajjad S. Expanded PTFE Applications Handbook[J].2017:129-161.）详细介绍了PTFE树脂的糊膏挤出成型理论。美国戈尔公司的专利US3953566和US4187390介绍了膨化PTFE薄膜的制备方法。专利CN 105666889 A公开了一种高强度的PTFE薄膜压延膜制备方法。

然而，这些工艺制备得到的PTFE薄膜尽管都具备一定的耐高温性能，但是力学性能不足，无法保持尺寸稳定性。实践证明，在高温烘箱中，PTFE薄膜作为离型膜在承受较大的张力条件下，膜面容易发生形变，凹凸不平，无法满足涂布工艺要求，因此，还需要进一步研究。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜及其制备方法和应用，以解决现有技术中PTFE薄膜因高温条件下容易变形从而不适宜作为离型膜的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1，采用热处理或酸处理的方式对碳纤维进行表面处理，得到表面改性碳纤维；步骤S2，将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维和润滑助剂混合后，熟化，形成熟化料；步骤S3，将熟化料进行压制、挤出，形成坯料；步骤S4，通过双辊压延的方式对坯料进行压延成膜，得到膜材料；步骤S5，对膜材料依次进行脱脂、定型，得到聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜。

进一步地，步骤S1中，热处理的过程包括：将碳纤维在500~800℃温度下处理3~5h，得到表面改性碳纤维；酸处理的过程包括：将碳纤维置入70~90℃的混酸溶液中进行酸洗处理3~5h，然后取出并水洗，得到表面改性碳纤维；其中，混酸溶液为质量浓度60~70%的硝酸溶液和质量浓度为95~98%的硫酸溶液的混合液。

进一步地，硝酸溶液和硫酸溶液的体积比为（3~5）:1。

进一步地，步骤S2包括：将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维混合，形成混合料；在搅拌的状态下，以喷淋的方式向混合料中加入润滑助剂，然后在40~50℃温度下熟化10~12h，得到熟化料。

进一步地，润滑助剂为C₁₀~C₁₆的异构烷烃类溶剂，更优选为Isopar M；聚四氟乙烯树脂为结晶度98%以上、数均分子量600万~1200万的分散树脂。

进一步地，聚四氟乙烯树脂为大金F-106、大金F-107、科慕601X、AGC CD123E中的一种或多种。

进一步地，表面改性碳纤维的加入量为聚四氟乙烯树脂重量的10~30%，润滑助剂的加入量为聚四氟乙烯树脂重量的15~25%。

进一步地，步骤S3包括：将熟化料在60~80℃温度下置入压胚机中，并在3~5MPa的压力下压制成柱坯，且压制期间控制压缩速度为20~50mm/min；将柱坯置入推压机料腔中，加热至温度100~120℃，在5~8MPa的压力下挤出，形成坯料，且挤出期间控制压缩比为80~100。

进一步地，步骤S4中，压延成膜过程中的压延温度为60~80℃、辊筒线速度为5~15m/min、压延厚度为0.05~0.3mm。

进一步地，步骤S5包括：将膜材料在100~200℃下进行脱脂后，再于350~400℃下进行定型。

根据本发明的另一方面，提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜，其由上述制备方法制备得到。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜在复合质子交换膜涂布工艺中的应用。

采用本发明提供的制备方法，通过将聚四氟乙烯树脂（PTFE树脂）与表面改性碳纤维、润滑助剂进行混合、熟化、压制、挤出、压延、脱脂定型等步骤，制备出聚四氟乙烯/碳纤维复合膜。该复合膜由于自身聚四氟乙烯材质原因具备自离型功能，无需喷涂离型剂，在生产过程中不会因离型剂残留在涂布浆料的中，对产品造成污染。更重要的是，通过表面改性碳纤维与聚四氟乙烯复合，结合压延工艺，使得碳纤维能够与聚四氟乙烯基材之间形成量良好的接触和分散，从而有效提高了膜的强度，使得其在高温环境中仍旧能够保持形态，不易变形，表面平整。基于上述原因，本发明制备的聚四氟乙烯/碳纤维复合膜非常适合作为离型膜使用，尤其适合用作复合质子交换膜制造过程中的涂布工艺所使用的离型膜。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例1制备的聚四氟乙烯树脂/碳纤维复合离型膜的截面扫面电镜照片；以及

图2示出了根据本发明实施例2制备的聚四氟乙烯树脂/碳纤维复合离型膜的截面扫面电镜照片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

正如背景中所描述的，现有技术中PTFE薄膜因高温条件下容易变形，不适宜作为离型膜。为了解决上述问题，本发明提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1，采用热处理或酸处理的方式对碳纤维进行表面处理，得到表面改性碳纤维；步骤S2，将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维和润滑助剂混合后，熟化，形成熟化料；步骤S3，将熟化料进行压制、挤出，形成坯料；步骤S4，通过双辊压延的方式对坯料进行压延成膜，得到膜材料；步骤S5，对膜材料依次进行脱脂、定型，得到聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜。

采用本发明提供的制备方法，通过将聚四氟乙烯树脂与表面改性碳纤维、润滑助剂进行混合、熟化、压制、挤出、压延、脱脂定型等步骤，制备出聚四氟乙烯/碳纤维复合膜。该复合膜由于自身聚四氟乙烯材质原因具备自离型功能，无需喷涂离型剂，在生产过程中不会因离型剂残留在涂布浆料的中，对产品造成污染。更重要的是，通过表面改性碳纤维与聚四氟乙烯复合，结合压延工艺，使得碳纤维能够与聚四氟乙烯基材之间形成量良好的接触和分散，从而有效提高了膜的强度，使得其在高温环境中仍旧能够保持形态，不易变形，表面平整。基于上述原因，本发明制备的聚四氟乙烯/碳纤维复合膜非常适合作为离型膜使用，尤其适合用作复合质子交换膜制造过程中的涂布工艺所使用的离型膜。

具体地，采用热处理方式对碳纤维进行表面处理，能够去除碳纤维表面原本自带的部分保护层，使其表面形成细小的凹凸结构，增加表面粗糙度。采用酸处理的方式，能够在碳纤维表面引入羟基、羧基等官能团。因此，以上方式处理后的表面改性碳纤维能够在后续的混合、压制、挤出、压延成膜过程中与聚四氟乙烯树脂形成更好的接触分散，树脂能够更充分地包裹住碳纤维，两者界面接触性能良好，从而保证了复合离型膜的高强度。

此外，基于良好的界面接触，在压延成膜的过程中，随着双辊压延的进行，碳纤维得以在膜的平面方向上延展开来，从而在基体中形成良好分散的同时，也能够在平面方向上形成取向。在实际应用过程中，离型膜平面方向在高温环境中承受了更大的张力，碳纤维在该平面上的良好分散和取向使得该方向具有更好的力学性能和耐温性能，足以承受这部分张力，维持了离型膜结构的稳定性，抑制了形变，应用效果更佳。

以上热处理和酸处理的工艺可以调整，为了进一步改善对碳纤维的表面改性效果，在一种优选的实施方式中，上述步骤S1中， 热处理的过程包括：将碳纤维在500~800℃温度下处理3~5h，得到表面改性碳纤维；酸处理的过程包括：将碳纤维置入70~90℃的混酸溶液中进行酸洗处理3~5h，然后取出并水洗，得到表面改性碳纤维；其中，混酸溶液为质量浓度60~70%（比如60%、65%、70%）的硝酸溶液和质量浓度为95~98%（比如95%、96%、98%）的硫酸溶液的混合液。具体处理过程中，可以将碳纤维置入混酸溶液中，在回流状态下进行酸洗处理3~5h。待酸洗结束后，取出碳纤维用纯水浸泡冲洗至冲洗液为中性即可。

在一种优选的实施方式中，硝酸溶液和硫酸溶液的体积比为（3~5）:1。将二者比例控制在上述范围内，更有利于在碳纤维表面引入官能团，改性效果更佳。

为使各成分混合更均匀，上述步骤S2包括：将聚四氟乙烯树脂、表面改性碳纤维混合，形成混合料；在搅拌的状态下，以喷淋的方式向混合料中加入润滑助剂，然后在40~50℃温度下熟化10~12h，得到熟化料。通过在搅拌状态下以喷淋的方式加入润滑助剂使得其能够在聚四氟乙烯树脂和表面改性碳纤维表面形成更好的分布，后续经熟化后，材料分布更佳均一，对于最终离型膜的整体性能也有更好的促进作用。具体地，可以先使用滚筒混料机将聚四氟乙烯树脂和表面改性碳纤维混合均匀，然后喷淋润滑助剂，一边喷淋一边混合，最后置入熟化箱中熟化即可。

加入润滑助剂，其能够包覆树脂颗粒，形成润滑层，一方面防止树脂在混料、熟化、预压阶段相互摩擦形成细纤维，另一方面在挤出阶段起到润滑作用。为了更有效地发挥以上作用，在一种优选的实施方式中，润滑助剂为C₁₀~C₁₆的异构烷烃类溶剂，更优选为IsoparM。

为了进一步改善加工性能和最终离型膜的耐高温性能、力学性能等，优选地，聚四氟乙烯树脂为结晶度98%以上、数均分子量600万~1200万的分散树脂，更优选为大金F-106、大金F-107、科慕601X、AGC CD123E中的一种或多种。

考虑到碳纤维对力学性能的改善，并兼顾加工性能和其他性能等，在一种优选的实施方式中，表面改性碳纤维的加入量为聚四氟乙烯树脂重量的10~30%，润滑助剂的加入量为聚四氟乙烯树脂重量的15~25%。

在一种优选的实施方式中，上述步骤S3包括：将熟化料在60~80℃温度下置入压胚机中，并在3~5MPa的压力下压制成柱坯，且压制期间控制压缩速度为20~50mm/min；将柱坯置入推压机料腔中，加热至温度100~120℃，在5~8MPa的压力下挤出，形成坯料，且挤出期间控制压缩比为80~100。以上压缩速度即压制期间压杆运行速度，压缩比即柱坯与挤出的条坯之间的面积比值。通过压制，能够在压缩条件下形成密实、对碳纤维包裹紧密的柱坯，通常为圆柱坯。在经过以上工艺的挤出，则形成了适宜在后续压延成膜的条形坯料。且将各工序的温度、压力等条件控制在上述范围，也有利于坯料成型，得到的条形坯料在后续压延成膜过程中更稳定，成膜效果好。为了给后续压延成膜过程提供温度条件，在一种优选的实施方式中，待挤出结束后，将坯料在50~80℃温度下保温。具体可将坯料在水箱中保温。

为使离型膜成膜后具有更优异的性能，在一种优选的实施方式中，步骤S4中，压延成膜过程中的压延温度为60~80℃、辊筒线速度为5~15m/min、压延厚度为0.05~0.3mm。在以上温度和速度下压延成膜，碳纤维得以在膜层平面方向更好的分散和取向，最终膜层的综合性能更佳。

在一种优选的实施方式中，步骤S5包括：将膜材料在100~200℃下进行脱脂后，再于350~400℃下进行定型。该温度下，膜材料中的助剂可以有效脱除，同时也能够对膜层进行更好的烧结定型，制备出具有更高强度和更好耐高温性能的离型膜。

考虑到碳纤维在膜层中的分布，优选地，碳纤维为短切碳纤维粉末材料，其直径为5~10μm，长度为50~80μm。

根据本发明的另一方面，还提供了一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜，其由上述制备方法制备得到。与常规的PET离型膜相比，本发明制备的复合离型膜强度高，耐高温性能好，无需喷涂离型剂。对碳纤维进行表面处理，能够增加碳纤维与聚四氟乙烯树脂的界面接触作用力，相比普通的复合方式，力学性能增强效果更加明显。

根据本发明的又一方面，还提供了上述聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜在复合质子交换膜涂布工艺中的应用。

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。

实施例1

本实施例使用热处理法对碳纤维进行表面处理。包含以下制备过程：

（1）碳纤维表面改性处理：

将碳纤维粉末材料（南京纬泰复合材料有限公司，直径5~10μm，长度为50~80μm）置于箱式电阻炉中，设置好加热温度为700℃，达到设定温度后保温3h，自然冷却后取出样品。

（2）原料混合熟化：

PTFE树脂原料选用大金F-106（结晶度98%以上、数均分子量为600万），树脂原料在5℃冷藏柜中储存，使用时取出在干燥室中放置至室温。使用10目的筛子筛出3kg树脂原料，加入混料桶中。称取900g热处理后的碳纤维粉末，加入混料桶中，混合均匀。通过喷淋方式，将600g Isopar M助剂，加入混料桶中，边喷淋边混合。将混合好的物料放入熟化箱中，40℃熟化12h。

（3）铸胚、推挤：

将熟化后的混合物料在70℃温度下置入压胚机中在5MPa的压力下压制成圆柱胚，压缩速度为20mm/min。

将圆柱胚置入推压机料腔中，加热温度120℃，在8MPa的压力下挤出条胚，压缩比为100。条胚成型后置入水箱中保温，温度80℃。

（4）压延：

将条胚通过双辊压延机压延成薄膜，压延温度范围80℃，滚筒线速度范围5m/min，压延厚度范围0.10mm。压延薄膜成型后需通过收卷设备进行收卷。

（5）脱脂、高温定型：

将薄膜先使用150℃鼓风机脱脂20min，然后在320℃烘箱中烧结定型10min，制得高强度、耐高温的PTFE/碳纤维复合离型膜（图1为截面放大倍率2000倍的扫面电镜照片，可以看出纤维和树脂界面复合良好）。

经测试，样品厚度0.105mm，拉伸强度56.36MPa，维卡软化点218.6℃。使用该离型膜做涂布实验：将10×10cm样品放入200℃烘箱中静置30min，膜面平整不变形；使用刮涂机将全氟磺酸树脂溶液涂覆在样品膜表面，放入烘箱中烘干，测试剥离强度小于8.5N/m（180°剥离，宽度25mm，剥离速度300mm/min），剥离效果良好。

实施例2

本实施例使用酸处理法对碳纤维进行表面处理。包含以下制备过程：

（1）碳纤维表面改性处理：

将质量浓度98%浓硫酸与质量浓度65%浓硝酸按照体积比为3:1的比例混合，先将1000mL的混酸加入到三口烧瓶中，然后加入200g的碳纤维粉末（南京纬泰复合材料有限公司，直径5~10μm，长度为50~80μm），加热并且搅拌，设置温度为90℃，达到设定温度后保温3h，自然冷却至室温。将产物倒入去离子水中稀释并洗涤，离心去除上层清液，重复稀释与离心步骤，直到测试上层清液为中性后进行抽滤，烘干。重复上述步骤，制备多组酸处理碳纤维粉末。

（2）原料混合熟化：

PTFE树脂原料选用大金F-106，树脂原料在5℃冷藏柜中储存，使用时取出在干燥室中放置至室温。使用10目的筛子筛出3kg树脂原料，加入混料桶中。称取900g酸处理后的碳纤维粉末，加入混料桶中，混合均匀。通过喷淋方式，将600g Isopar M助剂，加入混料桶中，边喷淋边混合。将混合好的物料放入熟化箱中，40℃熟化12h。

（3）铸胚、推挤：

将熟化后的混合物料在70℃温度下置入压胚机中在5MPa的压力下压制成圆柱胚，压缩速度为20mm/min。

将圆柱胚置入推压机料腔中，加热温度120℃，在8MPa的压力下挤出条胚，压缩比为100。条胚成型后置入水箱中保温，温度80℃。

（4）压延：

将条胚通过双辊压延机压延成薄膜，压延温度范围80℃，滚筒线速度范围5m/min，压延厚度范围0.10mm。压延薄膜成型后需通过收卷设备进行收卷。

（5）脱脂、高温定型：

将薄膜先使用200℃鼓风机脱脂15min，然后在380℃烘箱中烧结定型10min，制得高强度、耐高温的PTFE/碳纤维复合离型膜（图2为截面放大倍率2000倍的扫面电镜照片，可以看出纤维和树脂界面复合良好）。

经测试，样品厚度0.107mm，拉伸强度58.96MPa，维卡软化点219.1℃。使用该离型膜做涂布实验：将10×10cm样品放入200℃烘箱中静置30min，膜面平整不变形；使用刮涂机将全氟磺酸树脂溶液涂覆在样品膜表面，放入烘箱中烘干，测试剥离强度小于8.5N/m（180°剥离，宽度25mm，剥离速度300mm/min），剥离效果良好。

实施例3

本实施例使用热处理法对碳纤维进行表面处理。包含以下制备过程：

（1）碳纤维表面改性处理：

将碳纤维粉末材料（南京纬泰复合材料有限公司，直径5~10μm，长度为50~80μm）置于箱式电阻炉中，设置好加热温度为500℃，达到设定温度后保温5h，自然冷却后取出样品。

（2）原料混合熟化：

PTFE树脂原料选用大金F-106，树脂原料在5℃冷藏柜中储存，使用时取出在干燥室中放置至室温。使用10目的筛子筛出3kg树脂原料，加入混料桶中。称取600g热处理后的碳纤维粉末，加入混料桶中，混合均匀。通过喷淋方式，将450g Isopar M助剂，加入混料桶中，边喷淋边混合。将混合好的物料放入熟化箱中，40℃熟化12h。

（3）铸胚、推挤：

将熟化后的混合物料在80℃温度下置入压胚机中在3MPa的压力下压制成圆柱胚，压缩速度为20mm/min。

将圆柱胚置入推压机料腔中，加热温度80℃，在8MPa的压力下挤出条胚，压缩比为100。条胚成型后置入水箱中保温，温度80℃。

（4）压延：

将条胚通过双辊压延机压延成薄膜，压延温度范围80℃，滚筒线速度范围15m/min，压延厚度范围0.10mm。压延薄膜成型后需通过收卷设备进行收卷。

（5）脱脂、高温定型：

将薄膜通过高温烘箱，除去助剂，高温烧结定型，烧结温度为350℃，制得高强度、耐高温的PTFE/碳纤维复合离型膜。

经测试，样品厚度0.103mm，拉伸强度54.23MPa，维卡软化点216.7℃。使用该离型膜做涂布实验：将10×10cm样品放入200℃烘箱中静置30min，膜面平整不变形；使用刮涂机将全氟磺酸树脂溶液涂覆在样品膜表面，放入烘箱中烘干，测试剥离强度小于8.5N/m（180°剥离，宽度25mm，剥离速度300mm/min），剥离效果良好。

实施例4

本实施例使用热处理法对碳纤维进行表面处理。包含以下制备过程：

（1）碳纤维表面改性处理：

将碳纤维粉末材料（南京纬泰复合材料有限公司，直径5~10μm，长度为50~80μm）置于箱式电阻炉中，设置好加热温度为800℃，达到设定温度后保温3h，自然冷却后取出样品。

（2）原料混合熟化：

PTFE树脂原料选用大金F-106，树脂原料在5℃冷藏柜中储存，使用时取出在干燥室中放置至室温。使用10目的筛子筛出3kg树脂原料，加入混料桶中。称取300g热处理后的碳纤维粉末，加入混料桶中，混合均匀。通过喷淋方式，将750g Isopar M助剂，加入混料桶中，边喷淋边混合。将混合好的物料放入熟化箱中，50℃熟化10h。

（3）铸胚、推挤：

将熟化后的混合物料在60℃温度下置入压胚机中在5MPa的压力下压制成圆柱胚，压缩速度为20mm/min。

将圆柱胚置入推压机料腔中，加热温度100℃，在8MPa的压力下挤出条胚，压缩比为100。条胚成型后置入水箱中保温，温度100℃。

（4）压延：

将条胚通过双辊压延机压延成薄膜，压延温度范围60℃，滚筒线速度范围10m/min，压延厚度范围0.10mm。压延薄膜成型后需通过收卷设备进行收卷。

（5）脱脂、高温定型：

将薄膜通过高温烘箱，除去助剂，高温烧结定型，烧结温度为400℃，制得高强度、耐高温的PTFE/碳纤维复合离型膜。

经测试，样品厚度0.105mm，拉伸强度52.84MPa，维卡软化点214.3℃。使用该离型膜做涂布实验：将10×10cm样品放入200℃烘箱中静置30min，膜面平整不变形；使用刮涂机将全氟磺酸树脂溶液涂覆在样品膜表面，放入烘箱中烘干，测试剥离强度小于8.5N/m（180°剥离，宽度25mm，剥离速度300mm/min），剥离效果良好。

实施例5

本实施例使用热处理法对碳纤维进行表面处理。包含以下制备过程：

（1）碳纤维表面改性处理：

将碳纤维粉末材料（南京纬泰复合材料有限公司，直径5~10μm，长度为50~80μm）置于箱式电阻炉中，设置好加热温度为500℃，达到设定温度后保温5h，自然冷却后取出样品。

（2）原料混合熟化：

PTFE树脂原料选用大金F-106，树脂原料在5℃冷藏柜中储存，使用时取出在干燥室中放置至室温。使用10目的筛子筛出3kg树脂原料，加入混料桶中。称取200g热处理后的碳纤维粉末，加入混料桶中，混合均匀。通过喷淋方式，将430g Isopar M助剂，加入混料桶中，边喷淋边混合。将混合好的物料放入熟化箱中，40℃熟化12h。

（3）铸胚、推挤：

将熟化后的混合物料在80℃温度下置入压胚机中在3MPa的压力下压制成圆柱胚，压缩速度为20mm/min。

将圆柱胚置入推压机料腔中，加热温度80℃，在8MPa的压力下挤出条胚，压缩比为100。条胚成型后置入水箱中保温，温度80℃。

（4）压延：

将条胚通过双辊压延机压延成薄膜，压延温度范围80℃，滚筒线速度范围5m/min，压延厚度范围0.10mm。压延薄膜成型后需通过收卷设备进行收卷。

（5）脱脂、高温定型：

将薄膜通过高温烘箱，除去助剂，高温烧结定型，烧结温度为330℃，制得高强度、耐高温的PTFE/碳纤维复合离型膜。

经测试，样品厚度0.104mm，拉伸强度52.04MPa，维卡软化点213.8℃。使用该离型膜做涂布实验：将10×10cm样品放入200℃烘箱中静置30min，膜面平整不变形；使用刮涂机将全氟磺酸树脂溶液涂覆在样品膜表面，放入烘箱中烘干，测试剥离强度小于8.5N/m（180°剥离，宽度25mm，剥离速度300mm/min），剥离效果良好。

对比例1

与实施例1的不同之处在于，未添加碳纤维。

经测试，样品厚度0.105mm，拉伸强度50.69MPa，维卡软化点211.7℃。使用该离型膜做涂布实验：将10×10cm样品放入200℃烘箱中静置30min，膜面有变形；使用刮涂机将全氟磺酸树脂溶液涂覆在样品膜表面，放入烘箱中烘干，测试剥离强度小于8.5N/m（180°剥离，宽度25mm，剥离速度300mm/min），玻璃性能良好，但涂层表面不平整。

对比例2

与实施例1的不同之处在于，碳纤维未进行表面改性。

经测试，样品厚度0.104mm，拉伸强度50.98MPa，维卡软化点211.9℃。使用该离型膜做涂布实验：将10×10cm样品放入200℃烘箱中静置30min，膜面有变形；使用刮涂机将全氟磺酸树脂溶液涂覆在样品膜表面，放入烘箱中烘干，测试剥离强度小于8.5N/m（180°剥离，宽度25mm，剥离速度300mm/min），玻璃性能良好，但涂层表面不平整。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，采用热处理或酸处理的方式对碳纤维进行表面处理，得到表面改性碳纤维；

步骤S2，将聚四氟乙烯树脂、所述表面改性碳纤维和润滑助剂混合后，熟化，形成熟化料；

步骤S3，将所述熟化料进行压制、挤出，形成坯料；

步骤S4，通过双辊压延的方式对所述坯料进行压延成膜，得到膜材料；

步骤S5，对所述膜材料依次进行脱脂、定型，得到所述聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜；

其中，所述热处理的过程包括：将所述碳纤维在500~800℃温度下处理3~5h，得到所述表面改性碳纤维；所述酸处理的过程包括：将所述碳纤维置入70~90℃的混酸溶液中进行酸洗处理3~5h，然后取出并水洗，得到所述表面改性碳纤维；其中，所述混酸溶液为质量浓度60~70%的硝酸溶液和质量浓度为95~98%的硫酸溶液的混合液；

所述步骤S2包括：将所述聚四氟乙烯树脂、所述表面改性碳纤维混合，形成混合料；在搅拌的状态下，以喷淋的方式向所述混合料中加入所述润滑助剂，然后在40~50℃温度下熟化10~12h，得到所述熟化料。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸溶液和所述硫酸溶液的体积比为（3~5）:1。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，

所述润滑助剂为C₁₀~C₁₆的异构烷烃类溶剂；

所述聚四氟乙烯树脂为结晶度98%以上、数均分子量600万~1200万的分散树脂。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述润滑助剂为Isopar M。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述聚四氟乙烯树脂为大金F-106、大金F-107、科慕601X、AGC CD123E中的一种或多种。

6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述表面改性碳纤维的加入量为所述聚四氟乙烯树脂重量的10~30%，所述润滑助剂的加入量为所述聚四氟乙烯树脂重量的15~25%。

7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

将所述熟化料在60~80℃温度下置入压胚机中，并在3~5MPa的压力下压制成柱坯，且压制期间控制压缩速度为20~50mm/min；

将所述柱坯置入推压机料腔中，加热至温度100~120℃，在5~8MPa的压力下挤出，形成所述坯料，且挤出期间控制压缩比为80~100。

8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述压延成膜过程中的压延温度为60~80℃、辊筒线速度为5~15m/min、压延厚度为0.05~0.3mm。

9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5包括：将所述膜材料在100~200℃下进行所述脱脂后，再于350~400℃下进行所述定型。

10.一种聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜，其特征在于，由权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备得到。

11.一种权利要求10所述的聚四氟乙烯/碳纤维复合离型膜在复合质子交换膜涂布工艺中的应用。

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